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Tema 11: Fundamentos sobre la depresión de la actividad de agua
Tema 12: Deshidratación de alimentos
Tema 13: Equipos e instalaciones de deshidratación
Tema 14: Conservación por concentración
Bloque III 3: Conservación por depresión de aw
Fundamentos y objetivos de la deshidratación
Nociones de psicrometría
Proceso de secado
TEMA 12: Deshidratación de alimentos
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TEMA 12: Deshidratación de alimentos
Secado al sol
Inspirado en los procesos naturales (granos, semillas, especias, frutos (hasta 14%de humedad)
Deshidratación de pescado y carneen finas lonchas (deterioro)Empíricamente se añadió el ahumado
y conservantesProceso lento, depende de
condiciones ambientalesContenido en humedad >15%Requiere mucho espacioRiesgo de polvo, insectos, roedores…
Desecación artificial (siglo XVIII)
Eliminación casi completa del agua bajo condiciones controladasCausan cambios en propiedadesdel alimentoHumedad final: 1-5%, estables unaño o más Reconstitución con característicassimilares al alimento originalFritura, tostado, asado, eliminanagua pero también provocan más cambios
Fundamentos y objetivos de la deshidratación
TEMA 12: Deshidratación de alimentos
OBJETIVOS1. Conservación por depresión de aw2. Disminución de masa y volumen (almacenamiento, transporte)3. Facilitar el empleo y diversificar la oferta de productos
Fundamentos y objetivos de la deshidratación
Deshidratación: Operación unitaria mediante la cual se elimina la mayor parte de agua de los alimentos, por evaporación, aplicando calor (por sublimación en la liofilización).
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TEMA 12: Deshidratación de alimentos
APLICACIONES
HORTALIZAS: ajos, cebollas, patatas, zanahoriasFRUTAS ENTERAS: uvas, ciruelas, higos, dátiles FRUTAS TROCEADAS: albaricoques, melocotones, manzanasZUMOSAZÚCARPURES: patata, batata, tomate, manzanaEXTRACTOS: café, té, poleoESPECIAS: pimienta, orégano, tomilloCEREALES: harinas de arroz, maíz, cebada, trigo, cereales para desayunoPASTAS: espaguetis, fideos, macarronesLECHE: entera, desnatadaHUEVO: enteros, claras y yemasGALLETAS: (secado-horneado) FRUTOS SECOS (secado-tostado): almendras, avellanas, pistachosPLATOS PRECOCINADOS
Fundamentos y objetivos de la deshidratación
FACTORES A CONTROLAR
ALIMENTO DESHIDRATADO
TemperaturaA ΔTª, vel. de transferenciaA Tª, retención de humedad
sin saturararse
Humedad relativaAire seco, más eficazSe llega al equilibrio
con una atmósfera dada
Área expuestaSubdivisión en láminas finas Mayor contacto con el calor y
mayor evaporación Menor conducción
Velocidad del aireEliminar más rápido la
humedad superficial (no se satura)
TEMA 12: Deshidratación de alimentos
Fundamentos y objetivos de la deshidratación
Objetivo: conseguir la máxima velocidad de desecación
Aire 40%, 100ºC, patata 4%Aire 15%, 100ºC, patata 2%
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Fundamentos y objetivos de la deshidratación
Nociones de psicrometría
Proceso de secado
TEMA 12: Deshidratación de alimentos
TEMA 12: Deshidratación de alimentos
CONTENIDO EN HUMEDAD
El aire húmedo contiene vapor de agua, para poder definir el estado deuna masa de aire es preciso indicar la cantidad de agua que contiene
El aire seco está compuesto mayoritariamente por:
79% de nitrógeno21% de oxígeno
PMaire = 0,79 x 28 + 0,21 x 32 = 29
Nociones de psicrometría
Psicrometría: Estudia las propiedades termodinámicas de mezclas de gas con vapor, las principales aplicaciones hacen referencia a la mezcla entre aire seco y vapor de agua (almacenamiento y procesado de alimentos, secado de alimentos, diseño de equipos de refrigeración, aire acondicionado y climatización…)
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TEMA 12: Deshidratación de alimentos
HUMEDAD ABSOLUTA, X
Es el contenido en humedad de un volumen de aire expresadoen Kg de agua/ Kg de aire seco. La humedad absoluta estarárelacionada con la presión de vapor de agua en el aire
X = (pv/P-pv) (18/29) = 0,622 (pv/P-pv)
Nociones de psicrometría
O expresada como fracción molar enmoles de agua/ moles de aire seco:
X’ = (nv/nt-nv) = (pv/P-pv)
Dado que P = pv + pa
TEMA 12: Deshidratación de alimentos
AIRE SATURADO
Es aquél cuyo contenido en humedad es máximo a una presióntotal y temperatura determinadas
En condiciones de saturación:
la presión parcial del vapor de agua en el airees igual a la presión de vapor de agua pura en equilibrio a una Tª dada
Nociones de psicrometría
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TEMA 12: Deshidratación de alimentos
HUMEDAD RELATIVA, ϕ (saturación relativa)
Es la magnitud que indica el grado de saturación de un aire húmedo. Se define como la
relación entre la cantidad de vapor de agua que acompaña a una determinada masa de aire y la que esta misma masa contendría si estuviesesaturada a la misma temperatura
ϕ en % y representa una medida de la capacidad del aire paratomar vapor de agua en la deshidratación
ϕ = 100·pv/ps
Nociones de psicrometría
TEMA 12: Deshidratación de alimentos
DENSIDAD DEL AIRE
Es la relación entre la masa de una determinada cantidad de aire y el volumen que la misma ocupa en condiciones especificadas
Consecuentemente
al aumentar la humedad de un aire desciende la densidadde la mezcla aire seco + vapor de agua respecto a la del aire seco
ρ = (mv + ma)/ V
Nociones de psicrometría
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TEMA 12: Deshidratación de alimentos
CALOR ESPECÍFICO HÚMEDO, s
Es la capacidad calorífica del aire, o
calor necesario para necesario para elevar en 1ºC la Tª de 1 Kg de aire seco y la de los x Kg de vapor de agua que loacompañan
cp (aire seco) = 0,24 Kcal/Kg ºC (1,00 KJ/Kg ºC)cp (vapor de agua) = 0,46 Kcal/Kg ºC (1,93 KJ/Kg ºC)
s = cp(aire)+ cp(agua) · x; s = 0,24 + 0,46 x
Nociones de psicrometría
TEMA 12: Deshidratación de alimentos
ENTALPÍA DEL AIRE HÚMEDO, i=s(T-To) + λοx
Sistema inicial
Sistema final
+
+
Aire1Kg a TºC
Aire1Kg a ToºC
Aguax Kg a ToºC
Vapor aguax Kg a ToºC
1. Q. SENSIBLE1 x 0,24 x (T–To)
2. Q. LATENTE597*x
3. Q. SENSIBLEx * 0,46 x (T–To)
Vapor aguax Kg a TºC
i = 1*0,24*(T-To) + 547 x + 0,46*x*(T-To) = (0,24 + 0,46 x)*T + 597 x
Nociones de psicrometría
λo = calor latente de vaporización a To (Referencia: aire y vapor saturado a 0ºC)
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TEMA 12: Deshidratación de alimentos
ENTALPÍA DEL AIRE HÚMEDO, i
Sistema inicial
Sistema final
Nociones de psicrometría
i = 1*0,24*(T-To) + 547 x + 0,46*x*(T-To) = (0,24 + 0,46 x)*T + 597 x
2. Q. LATENTE595*x
Para elevar la Tª del aire seco
Para evaporar los x kg de agua que tiene el aire
Para elevar la Tª de los x kg de agua en forma de vapor
1. Q. SENSIBLE1 x 0,24 x (T–To)
3. Q. SENSIBLEx * 0,46 x (T–To)
TEMA 12: Deshidratación de alimentos
TEMPERATURA SECA
Es la medida directa de la temperatura de una mezcla de aire yvapor de agua
Nociones de psicrometría
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TEMA 12: Deshidratación de alimentos
TEMPERATURA DE ROCÍO, tr
Es aquella Tª a la que una mezcla de aire seco y vapor de aguaalcanza la saturación cuando se enfría a humedad absoluta cte
La Tª a la que debe enfriarse una mezcla de aire y vapor de H2O para que ésta pase a estar saturado
Es la temperatura a la que:
el agua pura posee una presión de saturacióniguala la presión parcial del vapor de agua en el aire
P = pa + pw
Presión de agua pura
Nociones de psicrometría
TEMA 12: Deshidratación de alimentos
TEMPERATURA HÚMEDA
Nociones de psicrometría
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TEMA 12: Deshidratación de alimentos
PSICRÓMETRO
Fundamentos y objetivos de la deshidratación
Nociones de psicrometría
Proceso de secado
TEMA 12: Deshidratación de alimentos
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TEMA 12: Deshidratación de alimentos
PROCESO BÁSICO DE SECADO
Proceso de secado
Transferencia de calor al producto para suministrar al agua el calor de vaporización
Por aire caliente (convección) (2 etapas)Por radiación (2 etapas)Por microondas (calor generado in situ)
Dos etapas:
Transmisión de calor hasta la superficie del productoTransmisión de calor desde la superficie al interior
TEMA 12: Deshidratación de alimentos
FENÓMENOS QUE INTERVIENEN EN EL SECADO
Proceso de secado
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Del núcleo a la superficieDe la superficie al medio exterior
Fuerza impulsora: gradiente de presiones de vapor
El secado de alimentos es aproximadamente adiabático: La variación de entalpía específica durante el proceso será muy pequeña.
TEMA 12: Deshidratación de alimentos
TRANSFERENCIA DE AGUA DEL ALIMENTO AL EXTERIOR
Proceso de secado
TEMA 12: Deshidratación de alimentos
CURVAS DE DESHIDRATACIÓN O SECADO
Proceso de secado
A-B: periodo de estabilización (hasta tbh)B-C: periodo de velocidad constanteC-D: periodo de velocidad decrecienteWc = humedad crítica
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Primera fase de secado (velocidad constante): La presencia de agua libre en la superficie está asegurada por la llegada de agua líquida del interior. La temperatura del producto es la del termómetro húmedo del aire (temperatura de bulbo húmedo). aw = 1 en la superficie.
Segunda etapa de secado (velocidad decreciente): La velocidad depende del flujo interno de agua y vapor. Se agota el suministro de agua libre del interior al exterior. Sube la temperatura del producto, el agua del núcleo se evapora y se desplaza del centro a la superficie en forma de vapor. Si el secado progresa indefinidamente, al final la temperatura del producto es la temperatura seca del aire (temperatura de bulbo seco).Dos etapas: superficie húmeda y superficie seca. aw < 1 en la superficie.
TEMA 12: Deshidratación de alimentos
Proceso de secado
TEMA 12: Deshidratación de alimentosTRAYECTORIA DEL VAPOR DE AGUA DURANTE LA DESHIDRATACIÓN
Proceso de secado
CapilaridadDifusión por gradientes de concentraciónDifusión superficialDifusión de vapor de agua en los porosFlujos por gradientes de presiónFlujo debido a la vaporización-condensación
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Un elevado contenido inicial de agua en el alimento prolonga laduración de la primera fase del secado
Una elevada concentración de polímeros (almidones, proteínas) aumenta la proporción de agua ligada y la duración de la segunda fase del secado
Si el secado inicial es muy rápido se produce una capa plástica superficial que posteriormente se contrae e impide la posterior salida de agua
Si el secado es muy lento el producto sufre una intensa contracción de volumen, que reduce el tamaño de poros
Con actividades del agua de 0.6 se alcanza la máxima velocidad de pardeamiento no enzimático (posible problema con la Tª)
TEMA 12: Deshidratación de alimentos
CONSIDERACIONES SOBRE EL PROCESO DE SECADO
Proceso de secado
TEMA 12: Deshidratación de alimentos
CARACTERÍSTICAS DE LOS ALIMENTOS DESHIDRATADOS
a) Velocidad de secado lenta b) Velocidad de secado rápida
Proceso de secado
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TEMA 12: Deshidratación de alimentos
Temperatura seca
Hum
edad
abs
olut
a (K
g/K
g)
DIAGRAMA PSICROMÉTRICO
Proceso de secado
DIAGRAMA PSICROMÉTRICOTEMA 12: Deshidratación de alimentos
Proceso de secado
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TEMA 12: Deshidratación de alimentos
DIAGRAMA PSICROMÉTRICO
Proceso de secado39 ºC 100 ºC
X0.02
Kg/Kg
25 ºC
Datos: Tbs = 100º CTbh = 39º C 156 KJ/Kg
1.09
m3/
Kg Xsat0. 46
Kg/Kg
3%
Vh = (2,83·10-3+4,56·10-3X)Tρ = M/Vh
X (humedad absoluta)
ϕ (humedad relativa)
i (entalpía)Tr (Tª de rocío)Vh (volumen húmedo)
Xsat (humedad saturación)
i=s(T-To) + λox